1.水位的定义

凡海洋、河流、湖泊、沼泽、水库等水体某时刻的自由水面相对于某一固定基面的高程称水位，单位以m计。

计算水位和高程的起始面称为基面。这个基面可采取海滨某地的多年平均海平面或假定平面。水文资料中涉及的基面有：绝对基面（标准基面）、假定基面、测站基面和冻结基面。

2.水位观测的目的和意义

水位是水利建设、防洪抗旱的重要依据，直接应用于堤防、水库、堰闸、灌溉、排涝等工程的设计，并据以进行水文预报工作。

水位又是一项为河流航运、木材浮运、城市用水等国民经济建设服务的基本资料，在航道、桥梁、港口、给水、排水等工程建设中，也都需要了解水位情况。

在水文测验中，进行其他项目如流量、泥沙、水温的测验时，也需要同时观测水位，作为水流情况的重要标志。

3.水位观测的设备及方法

在水位观测中常用的观测设备有人工水尺和自记水位计两种类型。

（1）人工水尺观测。水尺是观测河流或其他水体水位的标尺，是测站观测水位的基本设施，可分为直立式、倾斜式、悬锤式和矮桩式4种。直立水尺是垂直于水平面的一种固定水尺。倾斜水尺是沿稳定岸坡或水工建筑物边壁的斜面设置的一种水尺，其刻度直接指示相对于该水尺零点的竖直高度。悬锤水尺是由一条带有重锤的绳或链所构成的水尺，它用于从水面以上某一已知高程的固定点测量距离水面的竖直高差来计算水位。矮桩水尺是由设置于观测断面上的一组矮桩和便携测尺组成的水尺。将测尺直立于水面以下某一桩顶，根据其已知桩顶高程和测尺上的水面读数来确定水位。其中以直立式水尺构造简单，观测方便，为一般测站所普遍采用。它用坚硬平直的板条或搪瓷制成，安置在岸边便于观测的直立桩上或钉在桥柱或闸墙上。若水位变幅较大时，应设立一组水尺。倾斜式水尺是将水尺直接涂绘在特制的斜坡或水工建筑物的斜壁，如水库的迎水坡或砌护的渠坡上。观测水位时，水面在水尺上的读数加上水尺零点高程即为水位。

水位观测的时间和次数以能测得完整的水位变化过程为原则。当一日内水位平稳或变化缓慢时，可分别在每日8时定时观测1次或8时、20时定时观测2次；水位变化较大时，可在每日2时、8时、14时和20时观测4次；洪水期水位变化急剧时，则应根据需要增加测次，使能测得洪水峰、谷水位和洪水过程。观测时应注意视线水平，注意波浪及壅水的影响，读数应准确无误，精确至0.5cm。

（2）自记水位计观测。自记水位计是自动记录水位变化过程的仪器，具有记录完整、连续、节省人力的优点，目前国内外发展了多种感应水位的方法，其中多数可与自记和远传设备联用，这些方法包括测定水面的方法、测定水压力的方法、由超声波传播时间推算水位的方法等。目前较常用的自记水位计类型有浮筒式自记水位计、水压式自记水位计、超声波水位计等。

1）浮筒式自记水位计。浮筒式自记水位计是一种较早采用的水位计，目前这种水位计的结构已经比较完善，能适应各种水位变幅和时间比例的要求。水位的变化除自记外，也可适应远传、遥测，但它们大都利用浮筒感应水位。

横式自记水位计是目前比较常用的一种浮筒式自记水位计。该仪器的工作原理是：当与河水相连通的测井内水位升降时，浮筒也随之升降，比例轮带动记录筒转动，时钟控制记录笔的横向位置，使记录笔在记录纸上反映水位随时间的变化过程，如图3-5所示。

图3-5　横式自记水位计

对于使用浮筒式自记水位计记录水位的测站，可不必进行频繁的水位观测，一般每日定时进行一次检测和检查。水位涨落急剧，质量较差的自记水位计应适当增加校测和检查次数。当自记水位计与校核水尺的水位相差超过2cm，或时间误差每日超过10min，水位变化急剧时，应对自记水位记录进行订正。因此，设立浮筒式自记水位计的地方，还必须设立校核水尺。

2）水压式自记水位计。水压式自记水位计的工作原理是测量水压力，即测定水面以下已知测点以上的水柱h的压强p，从而推算水位，按水力学，静水压强为

式中 γ——水的容重。

因此，只有在水的容重是常数的条件下，水压式水位计才能达到较准确的观测成果。一般说来，这类仪器对于内陆地区的水位观测比较可靠。在沿海的河口地区，由于淡水与咸水相混合，水的容重经常变化，往往难以达到要求的精度，测得误差可能为几十厘米。因此，在河口地区使用这种水位计时必须十分注意。

3）超声波水位计。超声波水位计利用超声波测定水位，是在河床上Z1高程处安置换能器，测定一超声波脉冲从换能器射出经水面反射，又回到换能器的时间T。根据公式

2h=CT

h=0.5CT

即可求出水深h，从而算出水位：

Z=Z1+h

式中 C——超声波在水中的传播速度，一般在1500m/s左右，其大小随水的温度、盐度的变化而有微小的变化。(www.daowen.com)

4.水位观测成果的计算

（1）日平均水位的计算。日平均水位的计算方法主要为算术平均法和面积包围法。

1）算术平均法。一日内水位变化缓慢，或水位变化虽较大但观测是等时距的，可将各次观测的水位用算术平均法计算：

【例3-1】某水文站观测水位的记录见表3-1，试用算术平均法推求该日的日平均水位。

表3-1　某测站某日水位变化过程

解 用算术平均法计算日平均水位，得：

2）面积包围法。适用于水位变化大，一日内观测为不等时距。可将本日0时至24时的水位过程线所包围的面积（图3-6），除以一日的时间得日平均水位。用下式计算日平均水位：

如0时或24时无实测（摘录）记录，则应根据前后相邻水位按直线内插求得。

图3-6　面积包围法求日平均水位示意图

【例3-2】某水文站每日4段制观测水位的记录见表3-2，试用面积包围法求该日平均水位。

表3-2　某水文站水位观测记录表

解 第一步，内插出7月14日0时水位：

第二步，内插出7月14日24时水位：

第三步，计算7月14日平均水位：

（2）月、年平均水位的计算。用式（3-6）与式（3-7）进行月、年平均水位的计算

（3）各种保证率水位的挑选。保证率水位是指一年中有多少天的水位等于或高于某一水位，则此水位称相应的保证率（历时）水位。在有航运的河道上，应挑选各种指定保证率的日平均水位，如最高日平均水位，从高向低数的第15天、第30天、第90天、第180天、第270天的日平均水位及最低日平均水位，以便汇编时刊印。